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Funciones · Límites y continuidad

Función de proporcionalidad inversa

Te conviene dominar: Funciones de proporcionalidad inversa: k/x (1er año de preparatoria (semestres 1 y 2))
Te conviene dominar: Fracciones algebraicas (1er año de preparatoria (semestres 1 y 2))

Tu grupo quiere rentar un camión para ir a Teotihuacan y la renta cuesta $\$600$. Si van $2$ personas, cada una paga $\$300$; si van $100$, apenas $\$6$. A más personas, menos paga cada una, pero nunca llega a $\$0$. Esa relación es la proporcionalidad inversa y su gráfica es una curva con dos ramas que nunca tocan los ejes: la hipérbola. ¿Podría el viaje salir gratis si fueran muchísimos? Lo respondemos al final.

La función $f(x)=\dfrac{k}{x}$

Mueve el deslizador de $k$ y observa cómo cambian las ramas: con $k>0$ están en el primer y tercer cuadrantes; con $k<0$, en el segundo y cuarto.

Practica★☆☆Sin empezar
Sabiendo que la función $f(x) = \frac{k}{x}$ pasa por el punto $(2, 6)$, halla el valor de la constante $k$ y calcula $\lim_{x \to 0^+} f(x)$.

Sabiendo que la función $f(x) = \frac{k}{x}$ pasa por el punto $(2, 6)$, halla el valor de la constante $k$ y calcula $\lim_{x \to 0^+} f(x)$.

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Límites en el infinito y asíntotas

Cuando $x$ crece sin parar, $\dfrac{k}{x}$ se hace tan pequeño como quieras: se acerca a $0$ sin llegar a tocarlo. La recta $y=0$ es su asíntota horizontal.

Gráfica de la hipérbola f(x) = k/x con k mayor que cero: dos ramas en el primer y tercer cuadrantes y asíntotas en los ejes x = 0 e y = 0. y = 0 x = 0 rama del primer cuadrante (k > 0)

Cerca de $x=0$ ocurre lo contrario: el cociente se dispara hacia $+\infty$ o $-\infty$, según el signo de $k$ y el lado por el que te acerques. La recta $x=0$ es su asíntota vertical.

Practica★☆☆Sin empezar
Dada la función de proporcionalidad inversa $f(x) = \frac{4}{x-3}$, determina su dominio y calcula los límites laterales cuando $x$ tiende a $3$.

Dada la función de proporcionalidad inversa $f(x) = \frac{4}{x-3}$, determina su dominio y calcula los límites laterales cuando $x$ tiende a $3$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Calcula los límites de la función $g(x) = \frac{-5}{x}$ cuando $x \to +\infty$ y cuando $x \to -\infty$. Interpreta geométricamente el resultado.

Calcula los límites de la función $g(x) = \frac{-5}{x}$ cuando $x \to +\infty$ y cuando $x \to -\infty$. Interpreta geométricamente el resultado.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
El tiempo $t$ (en horas) que se tarda en recorrer una distancia de $120$ km en función de la velocidad media $v$ (en km/h) viene dado por $t(v) = \frac{120}{v}$. Calcula…

El tiempo $t$ (en horas) que se tarda en recorrer una distancia de $120$ km en función de la velocidad media $v$ (en km/h) viene dado por $t(v) = \frac{120}{v}$. Calcula el límite de $t(v)$ cuando $v \to +\infty$ y explica su significado físico.

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Practica★★☆Sin empezar
Para organizar una excursión, el costo de la renta del camión es de $12\,000$ pesos, que se repartirá en partes iguales entre los asistentes. La función que define el…

Para organizar una excursión, el costo de la renta del camión es de $12\,000$ pesos, que se repartirá en partes iguales entre los asistentes. La función que define el costo por persona en función del número de asistentes $x$ es $C(x) = \frac{12\,000}{x}$.

Calcula $\lim_{x \to 0^+} C(x)$ y $\lim_{x \to +\infty} C(x)$. Interpreta ambos resultados en el contexto del problema.

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Modelos con proporcionalidad inversa

En ciencia aparece mucho $y=\dfrac{k}{x}$. Primero se halla $k$ con un dato (como $k = x\cdot y$) y luego se estudian los límites e interpretan: $x\to 0^+$ (cantidad muy pequeña) y $x\to+\infty$ (cantidad enorme). Por ejemplo, en la ley de Boyle, $V=\dfrac{k}{P}$: si la presión crece sin límite, el volumen tiende a $0$, aunque un gas real no se comprime hasta desaparecer.

Practica★★☆Sin empezar
La ley de Boyle-Mariotte establece que, a temperatura constante, el volumen $V$ que ocupa un gas es inversamente proporcional a la presión $P$ a la que está sometido, es…

La ley de Boyle-Mariotte establece que, a temperatura constante, el volumen $V$ que ocupa un gas es inversamente proporcional a la presión $P$ a la que está sometido, es decir, $V(P) = \frac{k}{P}$. Si a una presión de $1.5$ atmósferas el gas ocupa un volumen de $4$ litros:

  1. a) Halla el valor de la constante $k$.
  2. b) Calcula $\lim_{P \to +\infty} V(P)$ y razona qué ocurre con el gas si la presión aumenta indefinidamente.
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Practica★★☆Sin empezar
La intensidad de una señal acústica $I$ (en vatios por metro cuadrado) recibida por un micrófono disminuye de forma inversamente proporcional a la distancia $d$ (en…

La intensidad de una señal acústica $I$ (en vatios por metro cuadrado) recibida por un micrófono disminuye de forma inversamente proporcional a la distancia $d$ (en metros) al altavoz, siguiendo el modelo $I(d) = \frac{150}{d}$.

  1. a) Calcula $\lim_{d \to 0^+} I(d)$ y explica por qué no se puede colocar el micrófono pegado al altavoz.
  2. b) Calcula $\lim_{d \to +\infty} I(d)$ e interpreta el resultado.
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La función homográfica

Sumar una constante o desplazar la $x$ traslada la hipérbola básica sin cambiar su forma. El resultado es una función homográfica, cuyas asíntotas ya no son necesariamente los ejes.

Para escribir una función así como un solo cociente $\dfrac{ax+b}{cx+d}$, hay que sumar la constante como fracción con el mismo denominador.

Practica★☆☆Sin empezar
Encuentra la ecuación de la asíntota horizontal y la asíntota vertical de la función homográfica $h(x) = \frac{2x+1}{x-4}$.

Encuentra la ecuación de la asíntota horizontal y la asíntota vertical de la función homográfica $h(x) = \frac{2x+1}{x-4}$.

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Practica★★☆Sin empezar
Dada la función $f(x) = \frac{3x-1}{x+2}$: a) Calcula los puntos de corte con los ejes coordenados. b) Halla las ecuaciones de sus asíntotas evaluando los límites…

Dada la función $f(x) = \frac{3x-1}{x+2}$:

  1. a) Calcula los puntos de corte con los ejes coordenados.
  2. b) Halla las ecuaciones de sus asíntotas evaluando los límites correspondientes.
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Practica★★★Sin empezar
A partir de la función de proporcionalidad inversa básica $f(x) = \frac{1}{x}$, se aplica una traslación de $3$ unidades hacia la derecha y $2$ unidades hacia arriba…

A partir de la función de proporcionalidad inversa básica $f(x) = \frac{1}{x}$, se aplica una traslación de $3$ unidades hacia la derecha y $2$ unidades hacia arriba para obtener una nueva función $g(x)$.

  1. a) Escribe la expresión analítica de $g(x)$ en la forma $\frac{ax+b}{cx+d}$.
  2. b) Demuestra, mediante el cálculo de límites, que las asíntotas de $g(x)$ coinciden con los desplazamientos aplicados a los ejes coordenados.
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Cuando el denominador se acerca a cero

Si en el denominador hay una resta como $100-p$, el modelo se dispara cuando $p\to100^-$: el numerador queda cerca de un número fijo y el denominador es positivo y muy pequeño. Por ejemplo, $C(p)=\dfrac{2{,}400p}{100-p}$ tiene numerador cercano a $240{,}000$ y denominador $\to 0^+$, así que $C\to+\infty$. Eso explica por qué en la práctica no se logra eliminar el $100\%$ de algo cuando el costo crece sin límite.

Y si la función es $v(S)=\dfrac{V_{max}\,S}{K_m+S}$, es una homográfica: su asíntota horizontal es $y=V_{max}$, el valor máximo que la velocidad nunca alcanza del todo.

Practica★★★Sin empezar
El costo $C$ (en miles de pesos) para eliminar el $p$ por ciento de los contaminantes de un lago se modela mediante la función $C(p) = \frac{2\,400p}{100-p}$, válida…

El costo $C$ (en miles de pesos) para eliminar el $p$ por ciento de los contaminantes de un lago se modela mediante la función $C(p) = \frac{2\,400p}{100-p}$, válida para $0 \le p < 100$.

  1. a) Calcula el costo de eliminar el $50\%$ y el $90\%$ de los contaminantes.
  2. b) Calcula $\lim_{p \to 100^-} C(p)$ y explica, desde un punto de vista económico y ambiental, por qué es imposible eliminar el $100\%$ de los contaminantes.
p (%) C(p) 50 90 100 p = 100 2,400 21,600
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Practica★★★Sin empezar
En bioquímica, la cinética de Michaelis-Menten describe la velocidad de reacción enzimática $v$ en función de la concentración de sustrato $S$. La ecuación es…

En bioquímica, la cinética de Michaelis-Menten describe la velocidad de reacción enzimática $v$ en función de la concentración de sustrato $S$. La ecuación es $v(S) = \frac{V_{max} \times S}{K_m + S}$, donde $V_{max} = 100 \,\mu\text{mol/s}$ es la velocidad máxima y $K_m = 5 \text{ mM}$ es una constante.

  1. a) Calcula $\lim_{S \to +\infty} v(S)$ e indica qué representa $V_{max}$ gráficamente.
  2. b) Encuentra la concentración de sustrato $S$ necesaria para que la velocidad de la reacción sea exactamente la mitad de su límite asintótico máximo.
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Sumas con un término que se dispara

A veces la función es la suma de un término lineal y uno de proporcionalidad inversa, como el perímetro de un rectángulo de área fija. Cada sumando se estudia por separado y luego se juntan los resultados.

Cuando la fracción se puede simplificar

No toda fracción con $x$ en el denominador es una proporcionalidad inversa «pura»: si el numerador comparte una raíz con el denominador, la fracción se simplifica y aparece una discontinuidad evitable en vez de una asíntota.

Gráfica de la recta y = x + 2 con un punto hueco en x = 2: una discontinuidad evitable, no una asíntota. x = 2 (no es asíntota) recta x + 2 con un punto hueco
Practica★★☆Sin empezar
Determina el dominio y estudia la continuidad de la función $f(x) = \frac{x^2-4}{x-2}$. ¿Se trata de una función de proporcionalidad inversa pura? Justifica tu respuesta…

Determina el dominio y estudia la continuidad de la función $f(x) = \frac{x^2-4}{x-2}$. ¿Se trata de una función de proporcionalidad inversa pura? Justifica tu respuesta calculando el límite cuando $x \to 2$.

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Practica★★★Sin empezar
Se quiere construir un rectángulo de área fija igual a $36 \text{ cm}^2$. Si llamamos $x$ a la longitud de la base, el perímetro del rectángulo en función de $x$ viene…

Se quiere construir un rectángulo de área fija igual a $36 \text{ cm}^2$. Si llamamos $x$ a la longitud de la base, el perímetro del rectángulo en función de $x$ viene dado por $P(x) = 2x + \frac{72}{x}$.

  1. a) Calcula $\lim_{x \to 0^+} P(x)$ y $\lim_{x \to +\infty} P(x)$.
  2. b) Interpreta geométricamente qué forma adquiere el rectángulo en cada uno de esos dos casos límite y por qué el perímetro tiende a infinito en ambas situaciones.
Resolver

Vuelve al principio: el costo por persona del camión es $C(x) = \dfrac{600}{x}$ pesos. Como $\displaystyle\lim_{x\to+\infty}\frac{600}{x}=0$, el precio se acerca a $\$0$; pero $y=0$ es una asíntota que la curva nunca toca, así que el viaje jamás saldrá totalmente gratis.

Resumen

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